Frank-Hertz-Versuch < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 18:32 Mi 30.03.2005 | | Autor: | dth100 |
Hallo, ich weiß das ist ziemlich viel verlangt aber kann mir irgend jemand wenigstens bei einer dieser Aufgaben helfen, wir haben dazu noch diese Woche Zeit, das Thema (Frank-Hertz-Versuch) nie behandelt, im Buch steht nichts dazu, Encarta und Wikipedia bringen mich nicht weiter, ihr seit meine letzte Hoffnung, der komplette Kurs wäre euch sehr dankbar. Auch wenns nur wenig ist, bitte mailt es an dth100@hotmail.com oder postet es hier, Vielen Dank.
Ich hab zu spät gemerkt, dass man hier auch Dateien anhängen kann, also alle Fragen und vor allem die Skizzen gibts ganz unten auch zum runterladen.
Also die Aufgabe 1 bezieht sich nur auf den Franck-Hertz Versuch
1b)gehen Sie kurz auf die Bedeutung der angelegten Spannungen Ub und und Ug ein. {Ub ist Beschleunigungsspannung und Ug ist Gegenspannung aber das wisst ihr sicher}
1b)Abbildung 2 zeigt das charakteristische Ub-I Diagramm. Beschreiben Sie detailliert, wie dieser Stromverlauf zu Stande kommt. {Abbildung 2 ist dieses Ub-I Diagramm von Quecksilber mit Stromstärkespitzen bei 4,9eV, 9,8eV usw. zwischen den einzelnen Spitzen fällt der Graph und steigt dann wieder an}
1c)Welches Versuchsergebnis müßte man erwarten, wenn man vom Partikelmodell der Gaskinetik ausgeht. {Was ist denn bitte das Partikelmodell der Gaskinetik???}
1d)Erläutern Sie, warum das Ergebnis des F-H-Versuchs nicht mit Hilfe des Rutherfordschen Atommodells erklärbar ist. {nach Rutherford müsste es einen linearen Anstieg geben oder?}
1e)Das Versuchsergebnis in b ist noch kein schlüssiger Beweis dafür, das Hg Atome diskrete Energiezustände haben. Welches andere Versuchsergebnis ergibt zusammen mit dem Ergebnis von b den schlüssigen Beweiß?
1f) Welche Mängel weist das Rutherforsche Atommodell auf und durch welche Ansätze wurden diese von Bohr überwunden.
2. Aufgabe:
Abbildung 3 zeigt das stark vereinfachte Energieniveauschema des (neutralen) Hg-Atoms.
{In Abb. 3 ist dargestellt: der Grundzustand bei -10,44 eV , dann weitere Geraden bei -5,54 eV; -3,74 eV; -2,51 eV und bei 0
an der y-Achse steht "Bindungsenergie/eV"}
2a)Erklären Sie anhand der Abb.3 die Vorgänge beim F-H Versuch. Stellen Sie in Abb. 3 die auftretenden Vorgänge symbolhaft dar und berechnen Sie die Wellenlänge der hier auftretenden elektromagnetischen Strahlung.
2b)Elektronen der kinetischen Energie 5 eV und 10 eV stoßen mit einem Hg-Atom zusammen, dass sich zunächst im Grundzustand befindet. Mit welcher kinetischen Energie könne sich die Elektronen jeweils nach der Wechselwirkung mit dem Hg Atom weiterbewegen.
2c)Photonen der Energie 4,9 eV bzw. 6,0 eV wechselwirken mit einem Hg Atom, das sich zunächst im Grundzustand befindet. Was geschieht? {ich schätze bei 4,9 eV geht es in den 1. angeregten Zustand über, und bei 6eV das gleiche, nur das noch Energie übrig bleibt um irgend etwas zu beschleunigen, wahrscheinlich ein Elektron, denn es ist ja immer ein Elektron, wenn was beschleunigt wird}
3.Aufgabe zum Plankschen Wirkungsquantum
Die Gesamtenergie des Elektron im Wasserstoffatom auf der n-ten Quantenbahn beträgt [mm] W=-R*h*c*(1/n^2)
[/mm]
R = Rydbergkonstante; h= planksches Wirkungsquantum;
c= Lichtgeschwindigkeit im Vakuum; n=1,2,3,4,...
Für die Rydbergkonstante gilt: [mm] R=(e^4*m)/(8E^2*h^3*c) [/mm] dabei ist e=Elementarladung; m=Elektronenruhemasse;
E=elekrtische Feldkonstante; h= planksches Wirkungsquantum, c=Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
3a)Welche Energieänderung ist mit dem Übergang des Elektrons von der n-ten Quantenbahn auf die m-te Quantenbahn (m>n) verbunden?
3b) Mit einem Spektrometer wird die Wellenlänge der langwelligsten Linie der Balmer Serie (n=2) des Wasserstoffatoms im Vakuum bestimmt. Benutzen Sie das Ergebnis aus 3a und geben Sie eine Beziehung an, mit der man in Abhängigkeit von R, c und der Wellenlänge die Planksche Konstante h bestimmen kann.
Puh, ok das war alles also wie gesagt, wenn ihr auch nur Ansätze oder einzelne Lösungen habt, oder euch bei etwas nicht ganz sicher seit, egal, bitte mailt es mir oder postet es hier. Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt, ich wüsste auch gar nicht wo.
![[a]](/images/paperclip.gif "Dateianhänge") FragenDiagrammeDownload
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 20:51 Mi 30.03.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo
Googelt ihr nicht? Ich war kurz in Google und hab auf den 2 ersten Seiten all die Adressen gefunden, wo ihr vieles lesbares findet.
http://homepages.compuserve.de/agaumann/a-praktikum/node140.html
http://www.ieap.uni-kiel.de/plasma/ag-stroth/lehre/physik/HTML/f10_09.html
http://www.lmtm.de/PhysiXTM/quantenphysik/texte/franck-hertz-versuch.html
www.physik.uni-mainz.de/ EXAKT/aSPECT/SB_Home/FranckHertz.pdf
www.fh-fulda.de/~pfisterer/physik/physik10.pdf
gpr.physik.hu-berlin.de/A2.pdf
http://www.joerg-rudolf.lehrer.belwue.de/physik_os/modern/franck_hertz_online.htm
http://www.pas-berlin.de/chemie/ch-1/2_Atomistik/230_ionis_en.html
Ein Teil der Artikel nehmen andere Gase als Hg-Dampf, aber das Prinzip ist gleich, nur die Spannungen (Energien) verschieden
> Also die Aufgabe 1 bezieht sich nur auf den Franck-Hertz
> Versuch
>
> 1b)gehen Sie kurz auf die Bedeutung der angelegten
> Spannungen Ub und und Ug ein. {Ub ist
> Beschleunigungsspannung und Ug ist Gegenspannung aber das
> wisst ihr sicher}
>
> 1b)Abbildung 2 zeigt das charakteristische Ub-I Diagramm.
> Beschreiben Sie detailliert, wie dieser Stromverlauf zu
> Stande kommt. {Abbildung 2 ist dieses Ub-I Diagramm von
> Quecksilber mit Stromstärkespitzen bei 4,9eV, 9,8eV usw.
> zwischen den einzelnen Spitzen fällt der Graph und steigt
> dann wieder an}
Ist alles in obigen Adressen zu finden!
> 1c)Welches Versuchsergebnis müßte man erwarten, wenn man
> vom Partikelmodell der Gaskinetik ausgeht. {Was ist denn
> bitte das Partikelmodell der Gaskinetik???}
Partikel=Teilchenmodell der Gaskinetik: Teilchen bewegen sich mit einer um die mittlere Geschwindigkeit verteilten Geschwindigkeit. mittlere Geschw. proportional zur Temperatur.
Stöße von Gaspartikeln =große Masse mit Elektronen =kleine Masse kaum Energieübertragung beim elastischen Stoß,aber Richtungsumkehr der Elektr.
> 1d)Erläutern Sie, warum das Ergebnis des F-H-Versuchs nicht
> mit Hilfe des Rutherfordschen Atommodells erklärbar ist.
keine diskreten Energieniveaus, Atomhuelle kann beliebig kleine Energien aufnehmen
> {nach Rutherford müsste es einen linearen Anstieg geben
> oder?}
>
> 1e)Das Versuchsergebnis in b ist noch kein schlüssiger
> Beweis dafür, das Hg Atome diskrete Energiezustände haben.
> Welches andere Versuchsergebnis ergibt zusammen mit dem
> Ergebnis von b den schlüssigen Beweiß?
Spektrallinien also Emission statt Absorption.
>
> 1f) Welche Mängel weist das Rutherforsche Atommodell auf
> und durch welche Ansätze wurden diese von Bohr überwunden.
Falls ihrs nicht wisst steht in mindestens einem der Artikel oben.
Am wichtigsten: El. müssten beim Umkreisen =beschleunigte Bewegung Energie abstrahlen und in den Kern abstürzen!
> 2. Aufgabe:
> Abbildung 3 zeigt das stark vereinfachte
> Energieniveauschema des (neutralen) Hg-Atoms.
>
> {In Abb. 3 ist dargestellt: der Grundzustand bei -10,44 eV
> , dann weitere Geraden bei -5,54 eV; -3,74 eV; -2,51 eV und
> bei 0
> an der y-Achse steht "Bindungsenergie/eV"}
>
> 2a)Erklären Sie anhand der Abb.3 die Vorgänge beim F-H
> Versuch. Stellen Sie in Abb. 3 die auftretenden Vorgänge
> symbolhaft dar und berechnen Sie die Wellenlänge der hier
> auftretenden elektromagnetischen Strahlung.
Übergang von unten nach oben einzeichnen, danach zurückfallen ins Grundniveau unter Abstrahlung eine Lichtquants mit f= [mm] \Delta [/mm] E/h
>
> 2b)Elektronen der kinetischen Energie 5 eV und 10 eV stoßen
> mit einem Hg-Atom zusammen, dass sich zunächst im
> Grundzustand befindet. Mit welcher kinetischen Energie
> könne sich die Elektronen jeweils nach der Wechselwirkung
> mit dem Hg Atom weiterbewegen.
bei 5V mit ca 0,1eV bei 10V mit 5,1eV (Energieverlust durch Transport vom =-Niveau _10,.. ins erste -5,.. theoretisch auch mit 3,34eV Transport ins 2. Niveau oder noch weniger ins 3. (kommt aber beim Versuch nicht messbar vor)
>
> 2c)Photonen der Energie 4,9 eV bzw. 6,0 eV wechselwirken
> mit einem Hg Atom, das sich zunächst im Grundzustand
> befindet. Was geschieht? {ich schätze bei 4,9 eV geht es in
> den 1. angeregten Zustand über, und bei 6eV das gleiche,
bei 6eV passiert nichts, weil Lichtquanten nur ihre Gesamtenergie abgeben können (drum heissen sie Quanten. Es existiert kein Übergang mit 6eV. Im ersten Fall wird das Photon absorbiert und später wieder in beliebiger Richtung emitiert. Im 2. Fall passiert nichts!
> nur das noch Energie übrig bleibt um irgend etwas zu
> beschleunigen, wahrscheinlich ein Elektron, denn es ist ja
> immer ein Elektron, wenn was beschleunigt wird}
Falsch, siehe oben.(Übrigens,sonst gäbs keine farbigen lichtdurchlässige Folien. wenn etwa rot absorbiert würde, dann auch alle kurzwelligeren Quanten)
> 3.Aufgabe zum Plankschen Wirkungsquantum
> Die Gesamtenergie des Elektron im Wasserstoffatom auf der
> n-ten Quantenbahn beträgt [mm]W=-R*h*c*(1/n^2)[/mm]
> R = Rydbergkonstante; h= planksches Wirkungsquantum;
> c= Lichtgeschwindigkeit im Vakuum; n=1,2,3,4,...
> Für die Rydbergkonstante gilt: [mm]R=(e^4*m)/(8E^2*h^3*c)[/mm]
> dabei ist e=Elementarladung; m=Elektronenruhemasse;
> E=elekrtische Feldkonstante; h= planksches Wirkungsquantum,
> c=Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
>
> 3a)Welche Energieänderung ist mit dem Übergang des
> Elektrons von der n-ten Quantenbahn auf die m-te
> Quantenbahn (m>n) verbunden?
Differenz ausrechnen
> 3b) Mit einem Spektrometer wird die Wellenlänge der
> langwelligsten Linie der Balmer Serie (n=2) des
> Wasserstoffatoms im Vakuum bestimmt. Benutzen Sie das
> Ergebnis aus 3a und geben Sie eine Beziehung an, mit der
> man in Abhängigkeit von R, c und der Wellenlänge die
> Planksche Konstante h bestimmen kann.
[mm] \DeltaE [/mm] von n=3 nach n=2 berechnen, daraus f, daraus [mm] \lambda, [/mm] dann nach h auflösen
> Puh, ok das war alles also wie gesagt, wenn ihr auch nur
> Ansätze oder einzelne Lösungen habt, oder euch bei etwas
> nicht ganz sicher seit, egal, bitte mailt es mir oder
> postet es hier.
Ist alle klar? Der Kurs soll man den Dank rüberregnen lassen!!
(private mails gibts hier nicht, vielleicht hat ja nen anderer Kurs ähnliche Fragen!)
Viel Spass mit Franck und Hertz
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 17:55 Do 31.03.2005 | | Autor: | dth100 |
Hey Leduart, großer Meister, der komplette Physikkurs küsst dir die Füße, die Links haben uns zwar nicht viel weiter gebracht aber zusammen mit deinen Erläuterungen, siehts bei Nummer 1 und 2 schon ganz gut aus. Vielen Dank erstmal dafür. Jetzt gibts nur noch Probleme mit Aufgabe 3. Ich kann doch bei a) nicht einfach für n=1 und für m=2 einsetzen, es steht doch nur da, das m>n ist und nicht, dass m=n+1 ist, oder hab ich da wieder mal einen Denkfehler drin. Ich hab mich durch die Formelzeichen und Einheiten durchgewurschtelt und habe jetzt
[mm] -(1/n^2)*2,1*10^-18J [/mm] = W
Ich weiß, für ein Verhältnis wäre das eigentlich nicht nötig aber bei 3b brauch ichs ja eh.
Wenn ich also die Different bilde, bekomme ich
2,1*10^-18 J*((-n^-2)+(m^-2))
Ich erhalte damit folgende Werte:
für n=1: -2,1*10^-18 J
für n=2: -5,3*10^-19 J
für n=3: -2,3*10^-19 J
für n=1 und m=2 : delta E=1,6*10^-18
für n=2 und m=3: delta E=2,9*10^-19
für n=1 und m=3: delta E=1,9*10^-18
so und was nützt mir das jetzt alles?
Bei Teilaufgabe b) hab ich delta E=3*10^-19 J raus also mit f=E/h und c=lamda*f eine Wellenlänge von 667nm raus. Ich könnte jetzt natürlich die Formel mit der Rydbergkonstante nach h umstellen aber wieso musste ich dann die Wellenlänge berechnen, die kommt doch in der Formel gar nicht vor.
Hey, ich weiß meine Fragen kommen dir bestimmt ziemlich dumm vor, für ne 13. Klasse aber es wäre wirklich nett, wenn du mir noch einmal helfen könntest, es liegt nicht nur an mir, der ganze Kurs hat keine Ahnung.
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| Status: |
(Antwort) fertig | | Datum: | 01:38 Fr 01.04.2005 | | Autor: | leduart |
Hallo
. Jetzt gibts nur noch Probleme mit Aufgabe 3.
3.Aufgabe zum Plankschen Wirkungsquantum
Die Gesamtenergie des Elektron im Wasserstoffatom auf der n-ten Quantenbahn beträgt
R = Rydbergkonstante; h= planksches Wirkungsquantum;
c= Lichtgeschwindigkeit im Vakuum; n=1,2,3,4,...
Für die Rydbergkonstante gilt: dabei ist e=Elementarladung; m=Elektronenruhemasse;
E=elekrtische Feldkonstante; h= planksches Wirkungsquantum, c=Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
3a)Welche Energieänderung ist mit dem Übergang des Elektrons von der n-ten Quantenbahn auf die m-te Quantenbahn (m>n) verbunden?
3b) Mit einem Spektrometer wird die Wellenlänge der langwelligsten Linie der Balmer Serie (n=2) des Wasserstoffatoms im Vakuum bestimmt. Benutzen Sie das Ergebnis aus 3a und geben Sie eine Beziehung an, mit der man in Abhängigkeit von R, c und der Wellenlänge die Planksche Konstante h bestimmen kann.
> kann doch bei a) nicht einfach für n=1 und für m=2
> einsetzen, es steht doch nur da, das m>n ist und nicht,
> dass m=n+1 ist, oder hab ich da wieder mal einen Denkfehler
> drin.
Gefragt ist doch nicht nach Zahlenwerten ! mit m>n hat das Elektron bei m mehr Energie (weniger negativ) und zwar muss es Energie aufnehmen
[mm] \Delta [/mm] W=( [mm] \bruch{1}{m^{2}}- \bruch{1}{n^{2}})*Rhc
[/mm]
>Ich hab mich durch die Formelzeichen und Einheiten
> durchgewurschtelt und habe jetzt
> [mm]-(1/n^2)*2,1*10^-18J[/mm] = W
> Ich weiß, für ein Verhältnis wäre das eigentlich nicht
> nötig aber bei 3b brauch ichs ja eh.
> Wenn ich also die Different bilde, bekomme ich
> 2,1*10^-18 J*((-n^-2)+(m^-2))
> Ich erhalte damit folgende Werte:
> für n=1: -2,1*10^-18 J
> für n=2: -5,3*10^-19 J
> für n=3: -2,3*10^-19 J
>
> für n=1 und m=2 : delta E=1,6*10^-18
> für n=2 und m=3: delta E=2,9*10^-19
> für n=1 und m=3: delta E=1,9*10^-18
>
> so und was nützt mir das jetzt alles?
numerisch hab ich nicht nachgerechnet, der Nutzen ist, dass du ein par Beisspiele hast. n=1 [mm] m-->\infty [/mm] ist die Ionisationsenergie!
>
> Bei Teilaufgabe b) hab ich delta E=3*10^-19 J raus also mit
> f=E/h und c=lamda*f eine Wellenlänge von 667nm raus. Ich
> könnte jetzt natürlich die Formel mit der Rydbergkonstante
> nach h umstellen aber wieso musste ich dann die Wellenlänge
> berechnen, die kommt doch in der Formel gar nicht vor.
In der Aufgabe steht, du sollst einen Zusammenhang, also eine Formel angeben, wie man aus der Wellenlänge und Ergebnis 3a) h berechnen soll. wieder denk ich nicht, dass nach Zahlen gefragt ist, nur nach der Formel.
Längste Wellenlänge=kleinste Energiedifferenz, d.h, von m=3 nach n=2: Dafür kennt ihr die Formel für [mm] \Delta [/mm] E siehe oben da von m-->n Vorzeichen umgekehrt also positv,, und [mm] \Delta [/mm] E=h*f=h*c/ [mm] \lambda
[/mm]
Einsetzen, nicht vergessen, dass in R auch noch h drin ist und nach h auflösen.
Ich seh nicht,wo die aufgabe Zahlenrechnung verlangt.
Besser fragen als dumm bleiben!!
wegen
> Hey, ich weiß meine Fragen kommen dir bestimmt ziemlich
> dumm vor, für ne 13. Klasse aber es wäre wirklich nett,
> wenn du mir noch einmal helfen könntest, es liegt nicht nur
> an mir, der ganze Kurs hat keine Ahnung.
Hoffentlich jetzt mehr. Es hilft immer, wenn man genau überlegt, was eigentlich gefragt ist!
Gute Nacht
leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 11:44 Sa 02.04.2005 | | Autor: | dth100 |
Hallöchen mal wieder leduart  ) nur noch mal was kleines zur Kontrolle, wenns dir möglich ist. Also bei 3b) hab ich
[mm] h^3=(1/m^2-1/n^2)[/mm] [mm]\bruch{e^4*m*lambda}{8*e^2*c}[/mm]
Daraus noch die 3. Wurzel und fertig, gut jetzt hab ich aber die Rydbergkonstante nur noch verstümmelt da drin, ist egal, oder? Ich frag, weil in der Aufgabenstellung steht bestimmen Sie
in Abhängigkeit von der Rydbergkonstante.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 19:42 So 03.04.2005 | | Autor: | leduart |
> Hallöchen mal wieder leduart ) nur noch mal was kleines
> zur Kontrolle, wenns dir möglich ist. Also bei 3b) hab ich
>
>
> [mm]h^3=(1/m^2-1/n^2)[/mm] [mm]\bruch{e^4*m*lambda}{8*e^2*c}[/mm]
>
> Daraus noch die 3. Wurzel und fertig, gut jetzt hab ich
> aber die Rydbergkonstante nur noch verstümmelt da drin, ist
> egal, oder? Ich frag, weil in der Aufgabenstellung steht
> bestimmen Sie
in Abhängigkeit von der Rydbergkonstante.>
Hallo
Ich denk die Formel ist richtig.Ausser dass im Zähler wieder e steht, das muss [mm] E^{2} [/mm] bzw. [mm] \varepsilon_{0}^{2}
[/mm]
Wie euer Lehrer das mit R rauskriegen will weiss ich nicht denn er hat euch doch gegeben ,das R von h abhängt! Deine Frage find ich also sehr berechtigt! (auch Lehrer machen in Aufgaben mal Fehler!)
Viel Spass weiter mit Physik!!
Gruss leduart
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